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Theses Year : 2022

Applications of Supergravity and String Theory : from particle physics to cosmology

Applications de la Supergravité et de la Théorie des Cordes : de la physique des particules à la cosmologie

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Abstract

The research topics presented in this thesis lie at the interface between theoretical and phenomenological aspects of String Theory and Supergravity, focusing on their low-energy consequences. The first chapter deals with new kind of Fayet-Iliopoulos (FI) terms in N=1, D=4 supergravity, which can be written without gauging the R-symmetry. We review this construction and build a new class of Kähler invariant FI terms parametrised by a function of the gravitino mass as functional of the chiral superfields. We then show in no-scale supergravity that this function can provide a de Sitter vacuum and an inflationary potential compatible with the observational data. The last two parts of this thesis deal with the possibility that the string scale might be much lower than the Planck mass, using either an ultra weak string coupling, or large extra dimensions. The first possibility leads to the so-called \emph{Little String Theory}, whose holographic dual is studied in the second chapter. We first revisit the construction of its minimal supersymmetric embedding, which relies on an abelian gauging of a N=2, D=5 supergravity coupled to one vector multiplet, hence producing a linear dilaton background. We compactify this model on S1Z2 and describe the effective N=1, D=4 theory. Finally, the third part of this thesis uses the framework of large extra dimensions to address the issue of the discrepancy in the anomalous magnetic moment of the muon. We show that the contribution of the Kaluza-Klein states of the lepton number gauge boson can bridge the gap in the discrepancy, provided the existence of states lighter than the LEP energy ~ 200 GeV, and then build the minimal D-brane configurations realising this proposal.
Les sujets de recherche présentés dans cette thèse se situent à l'interface entre certains aspects théoriques et phénoménologiques de la Théorie des Cordes et de la Supergravité, se concentrant sur leurs conséquences à basse énergie. Le premier chapitre traite d'un nouveau type de termes de Fayet-Iliopoulos (FI) en supergravité N=1, D=4, qui peuvent être écrits sans jauger la symétrie R. Nous introduisons cette construction et développons une nouvelle classe de termes de FI invariants de Kähler, paramétrés par une fonction de la masse du gravitino vue comme fonctionnelle des superchamps chiraux. Nous montrons alors en supergravité de type no-scale que cette fonction peut produire un vide de Sitter et un potentiel inflationnaire compatible avec les données observationnelles. Les deux dernières parties de cette thèse s'intéressent à la possibilité que l'échelle de la corde puisse être beaucoup plus basse que la masse de Planck, en utilisant soit un couplage des cordes très faible, ou des dimensions supplémentaires larges. La première possibilité mène à la théorie appelée Little String Theory, dont le dual holographique est étudié dans le second chapitre. Nous revoyons tout d'abord sa structure supersymétrique minimale, qui repose sur un jaugement abélien d'une supergravité N=2, D=5 couplée à un multiplet vectoriel, produisant ainsi un background dilaton linéaire. Nous compactifions ce modèle sur S1Z2 et décrivons la théorie effective N=1, D=4. Enfin, la troisième partie de cette thèse exploite le cadre des dimensions supplémentaires larges afin d'aborder le problème de l'écart dans le moment magnétique anomal du muon. Nous montrons que la contribution des états de Kaluza-Klein du boson de jauge du nombre leptonique peut combler cet écart, à condition que certains d'entre eux soient plus légers que l'énergie du LEP 200~GeV, et construisons ensuite les configurations minimales de D-branes réalisant cette proposition.
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Dates and versions

tel-03828264 , version 1 (25-10-2022)

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  • HAL Id : tel-03828264 , version 1

Cite

François Rondeau. Applications of Supergravity and String Theory : from particle physics to cosmology. Physics [physics]. Sorbonne Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022SORUS156⟩. ⟨tel-03828264⟩
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